- Физика за пределами Стандартной модели
-
В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 29 июня 2011.За пределами Стандартной модели Стандартная модель Свидетельства Проблема иерархий • Тёмная материя
Проблема космологической постоянной
Сильная CP-проблема
Нейтринные осцилляцииТеории Техниколор
Теория Калуцы-Кляйна
Теории Великого объединения
Теория всего
Теория струнСуперсимметрия MSSM • Теория суперструн
СупергравитацияКвантовая гравитация Теория струн
Петлевая квантовая гравитация
Причинная динамическая триангуляция
Каноническая квантовая гравитацияЭксперименты Gran Sasso • INO • БАК
SNO • Super-K • ТеватронСм. также: Портал:Физика Физика за пределами Стандартной модели (иначе называемая Новая физика) относится к теоретическим разработкам, которые необходимы, чтобы объяснить недостатки Стандартной модели, такие как происхождение массы, сильная CP-проблема, нейтринные осцилляции, асимметрия материи и антиматерии, происхождение тёмной материи и тёмной энергии.[1] Другая проблема заключается в математических основах самой Стандартной модели — Стандартная модель не согласуется с общей теорией относительности в том смысле, что одна или обе теории распадаются в своих описаниях на более мелкие при определенных условиях (например, в рамках известных сингулярностей пространства-времени, таких как Большой взрыв и горизонты событий чёрных дыр).
Теории, которые лежат за пределами Стандартной модели, включают в себя различные расширения Стандартной модели через суперсимметрию, такие как Минимальная суперсимметричная стандартная модель (англ.)русск. и Следующая за минимальной суперсимметричная стандартная модель (англ.)русск., либо совершенно новые объяснения, такие как теория струн, M-теория и дополнительные измерения. Поскольку эти теории, как правило, полностью согласуются с текущими наблюдаемыми явлениями или не доведены до состояния конкретных предсказаний, вопрос о том, какая теория является правильной (или по крайней мере «лучшим шагом» к Теории всего), может быть решён только с помощью экспериментов. В настоящее время это одна из наиболее активных областей исследований как в теоретической, так и в экспериментальной физике.
Содержание
Проблемы Стандартной модели
Несмотря на то, что Стандартная модель в настоящее время является наиболее успешной теорией физики элементарных частиц, она несовершенна.[2]
Необъяснённые экспериментальные наблюдения
Есть целый ряд экспериментальных наблюдений за природой, для которых Стандартная модель не даёт адекватного объяснения.
- Гравитация. Стандартная модель не предоставляет объяснение гравитации. Кроме того, она несовместима с наиболее успешной теорией гравитации на сегодняшний день — Общей теорией относительности.
- Тёмная материя и тёмная энергия. Космологические наблюдения говорят нам, что Стандартная модель способна объяснить лишь около 4,5 % материи во Вселенной. Из недостающих 95,5 % процентов около 22,5 % должны быть тёмной материей, то есть материей, которая ведёт себя точно так же как другая материя, которую мы знаем, но которая взаимодействует только слабо с полями Стандартной модели. Остальное должно быть тёмной энергией, постоянной плотностью энергии вакуума. Попытки объяснить тёмную энергию с точки зрения энергии вакуума Стандартной модели (планковская энергия) приводят к несоответствию в 120 порядков.
- Массы нейтрино. Согласно Стандартной модели нейтрино являются безмассовыми частицами. Тем не менее, эксперименты с нейтринными осцилляциями показали, что нейтрино имеют массу. Массовые члены для нейтрино могут быть добавлены к Стандартной модели вручную, но это приводит к новым теоретическим проблемам. (Например, массовые члены должны быть чрезвычайно малы).
- Асимметрия материи и антиматерии. Вселенная состоит по большей части из вещества. Тем не менее, Стандартная модель предсказывает, что вещество и антивещество должны были быть созданы в (почти) равных количествах, которые бы уничтожили друг друга, пока Вселенная охлаждалась.
Теоретические проблемы
Некоторые особенности Стандартной модели добавлены специальным способом. Они не являются проблемой по существу (то есть теория хорошо работает с этими специальными особенностями), но они предполагают недостаток понимания. Эти специальные особенности побудили теоретиков искать более фундаментальные теории с меньшим количеством параметров. Некоторые из специальных особенностей:
- Проблема иерархии фермионных масс. Стандартная модель вводит массы частиц посредством процесса, известного как спонтанное нарушение симметрии, вызванное полем Хиггса. В рамках Стандартной модели масса Хиггса получает некоторые очень большие квантовые поправки, связанные с присутствием виртуальных частиц (главным образом виртуальных топ-кварков). Эти поправки намного больше чем фактическая масса Хиггса. Это означает, что параметр голой массы (англ.)русск. Хиггса в Стандартной модели должен быть тонко настроен (англ.)русск. таким способом, который почти полностью отменяет квантовые поправки. Этот уровень тонкой настройки считается неестественным (англ.)русск. многими теоретиками.
- Сильная CP-проблема. Теоретически можно утверждать, что Стандартная модель должна содержать член, который нарушает CP-симметрию между материей и антиматерией — в части сильного взаимодействия. Экспериментально, однако, такое нарушение не было обнаружено, что означает, что коэффициент при этом члене очень близок к нулю. Эта тонкая настройка также считается противоестественной.
- Количество параметров. Стандартная модель зависит от 19 числовых параметров. Их значения известны из эксперимента, но происхождение значений неизвестно. Некоторые теоретики пытались найти связь между различными параметрами, например, между массами частиц в разных поколениях.
Теории Великого объединения
Стандартная модель имеет три калибровочные симметрии: цвета SU(3), слабого изоспина SU(2) и гиперзаряда U(1), соответствующие трём фундаментальным силам. Из-за перенормировки константы связи каждой из этих симметрий меняются в зависимости от энергии, при которой они измеряются. Около 1019 ГэВ эти связи становятся примерно равными. Это привело к предположению, что выше этой энергии три калибровочные симметрии Стандартной модели объединены в одной калибровочной симметрии с простой группой калибровочной группы, и только одной константой связи. Ниже этой энергии симметрия спонтанно нарушена к стандартным симметриям модели.[3] Популярным выбором для объединяющей группы является специальная унитарная группа в пяти измерениях SU(5) и специальная ортогональная группа в десяти измерениях SO(10) (англ.)русск..[4]
Теории, которые объединяют симметрии Стандартной модели таким образом, называются теориями Великого объединения (или англ. Grand Unification Theories — GUT), а масштаб энергий, при которых единая симметрия нарушается, называется масштабом GUT. В общем, теории Великого объединения предсказывают создание магнитных монополей в ранней Вселенной[5] и нестабильность протона.[6] Эти предсказания, несмотря на интенсивный поиск, не подтверждаются экспериментально, и это налагает ограничения на возможные GUT.
См. также
- Бесхиггсовские модели
- Большой адронный коллайдер
- Большие дополнительные измерения (ADD-модель) (англ.)русск.
- Голографический принцип
- Двойная СТО (DSR, Doubly special relativity) (англ.)русск.
- Естественность (англ.)русск.
- Исключительно простая теория всего
- Калибровочная теория гравитации
- Квантовая хромодинамика
- Механизм Хиггса
- Модель Рэндалл — Сандрама (англ.)русск.
- Некоммутативная геометрия (англ.)русск.
- Нерешённые проблемы современной физики
- Переменные Аштекара (Новые переменные) (англ.)русск.
- Петлевая квантовая гравитация
- Поле Хиггса
- Преон
- Причинная динамическая триангуляция (англ.)русск.
- Спонтанное нарушение электрослабой симметрии
- Стандартная модель
- Супергравитация
- Суперсимметрия
- Твистор
- Теория бозонных струн
- Теории Великого объединения
- Теория Калуцы — Клейна
- Теория струн
- Теория суперструн
- Теория Янга — Миллса
- Техниколор (англ.)русск.
- Тонкая настройка (англ.)русск.
- Топологическая квантовая теория поля (англ.)русск.
- Физика конденсированного состояния
- Физика нечастиц (англ.)русск.
- Электрослабое взаимодействие
Примечания
- ↑ J. Womersley. «Beyond the Standard Model».
- ↑ Lykken, Beyond the Standard Model, arxiv.org:1005.1676.
- ↑ An introduction to quantum field theory. — Addison-Wesley, 1995. — P. 786–791. — ISBN 9780201503975
- ↑ Buchmüller (2002), "Neutrinos, Grand Unification and Leptogenesis", arΧiv:hep-ph/0204288v2 [hep-ph]
- ↑ Magnetic Monopoles
- ↑ Pran Nath & Pavel Fileviez Perez (2006), "Proton stability in grand unified theories, in strings, and in branes", arΧiv:hep-ph/0601023v3 [hep-ph]
Категория:- Физика за пределами Стандартной модели
Wikimedia Foundation. 2010.